Схемотехника усилителей заряда
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?уществляется от внешнего блока питания MBP-112-1, который имеет следующие технические характеристики: входное напряжение переменного тока от 100 до 240 В, выходное напряжение постоянного тока 12 В, максимальный ток нагрузки 3,33 А. Во время работы на разъемах усилителя отсутствуют напряжения опасные для жизни человека.
1.2 Структурная схема
Структурная схема усилителя приведена на рисунке 5. В зависимости от исполнения (числа каналов) в усилителях установлены один или два модуля усилителя заряда ME-230.
Структурная схема модуля усилителя заряда ME-230 приведена на рисунке 6.
Рис. 6
Рассмотрим работу элементов на примере одного канала.
Напряжение с выхода внешнего блока питания подается на внутренний источник питания усилителя посредством разъема питания (рис. 5), который формирует напряжения необходимые для работы внутренних модулей и элементов усилителя. Сигналы от внешнего управляющего устройства (MIC-300) через интерфейсный разъем усилителя подаются на модуль крейт-контроллера, который осуществляет обмен данными с модулями усилителей заряда ME-230, установленными в слотах объединительной платы. Индикация состояния каналов осуществляется посредством блока индикации, управляемого крейт - контроллером.
Каналы модулей ME-230 идентичны и независимы.
Напряжение питания подается с контактов интерфейсного разъема модуля на внутренний источник питания (рис. 6), который формирует напряжения необходимые для работы элементов. Управление модулем и обмен данными осуществляется посредством сигналов, поступающим через контакты интерфейсного разъема по шине на интерфейс RXI модуля. [1]
2. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Основным элементом измерительных цепей пьезопреобразователей являются предусилители. Главной задачей предусилителей является преобразование высокого входного комплексного сопротивления этих преобразователей в более низкое, допускающее непосредственное соединение пьезопреобразователей с анализирующей или регистрирующей аппаратурой. К другим задачам предусилителей относятся:
согласование параметров, отображающих исследуемые механические величины, с параметрами сигналов (в частности, чувствительностью) используемой аппаратуры;
усиление сигналов;
фильтрация обрабатываемых сигналов и, следовательно, исключение ненужных или нежелательных составляющих этих сигналов.
Вместе с преобразователями применяют предусилители, образующие две группы:
) усилители заряда, выходное напряжение которых пропорционально поступающему на их вход заряду. Нужно подчеркнуть, что эти усилители не усиливают электрический заряд;
) усилители напряжения, выходное напряжение которых пропорционально поступающему на вход напряжению. [1]
Применению усилителей заряда отдается предпочтение в большинстве современных виброметрических систем. [4] Это отображается в ассортименте изготовляемых, например, фирмой Briiel & Kjer предусилителей для вибродатчиков, в котором практически отсутствуют усилители напряжения. Основное преимущество усилителей заряда заключается в том, что они совершенно исключают влияние длины соединительных кабелей на общую чувствительность и, следовательно, допускают применение соединительных кабелей практически любой длины. [5] .Изменение длины соединительного кабеля в системе, содержащей усилитель напряжения, обусловливает необходимость подстройки коэффициента усиления используемой аппаратуры и повторной калибровки системы.
Входной каскад усилителей заряда состоит из операционного усилителя с емкостной обратной связью. [6] Операционный усилитель с конденсатором в цепи обратной связи, по существу, является электронным интегратором, интегрирующим поступающий на его вход электрический ток.
Эквивалентная электрическая схема усилителя заряда, соединенного с пьезоэлектрическим преобразователем, показана на рис. 7.
э - электрический заряд, отдаваемый пьезоэлементом акселерометра и пропорциональный ускорению механических колебаний; Cпэ - емкость пьезоэлемента; Rпэ - сопротивление пьезоэлемента; Ск - емкость соединительного кабеля и соответствующих соединителей; Rk - сопротивление соединительного кабеля и соответствующих соединителей; Свх - емкость входной цепи пред усилителя; Rbx - сопротивление входной цепи пред усилителя; Соc - емкость цепи обратной связи; Roc - сопротивление цепи обратной связи; А - коэффициент усиления операционного усилителя; Ubыx - выходное напряжение усилителя.
Сопротивления пьезоэлемента, входной цепи и цепи обратной связи предусилителя обычно имеют большие значения. Следовательно, показанную на рис. 4.1 эквивалентную электрическую схему можно упростить и представить в показанном на рисунке 8 виде: [7]
На этом рисунке:
пэ - общий ток, вызванный зарядом, который отдает пьезоэлемент; Iс - ток от Сс, Iос - ток, протекающий в цепи обратной связи операционного усилителя.
Входное и выходное напряжения предусилителя (Ubx и Ubыx) связаны друг с другом выражением:
усилитель заряд пьезоэлектрический преобразователь
Для напряжения Uoc можно написать выражение:
Входной ток идеального операционного усилителя равен нулю. Показанные на рис. 4.2 токи связаны по закону Кирхгофа уравнением:
Учитывая другие параметры показанной на рис. 8 эквивалентно